German Title: Quantitative Natrium-Magnetresonanztomographie des Körperstamms bei 7 Tesla

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Abstract

This work presents a setup and a post-processing workflow for the non-invasive determination of the apparent tissue sodium concentration (aTSC) in a large field-of-view (FOV) of the human torso using 23Na MRI at 7T. A reference vial setup for the 23Na quantification was developed and combined with T1, B1+ and setup-specific simulated B1− correction. Corrected phantom measurements showed a maximal difference of 3.4% from the ground truth value and a maximum standard deviation of 0.3 mM between measurements. A sliding window reconstruction of 23Na MR images was employed to investigate renal aTSC changes during a water load event. Medullary to cortical aTSC ratios of 1.71, 2.08 and 1.43 for volunteer one and 1.56, 1.89 and 1.69 for volunteer two were found before, shortly after and long after water loading. In a second study, the combination of a 23Na RF coil and a 32-channel 1H pTx array was investigated to allow dual-nuclei MRI in the same position for a FOV of (400 mm)³. The mean aTSC for three healthy volunteers was determined for the liver ((36±6) mM), spleen ((30±7) mM), gallbladder ((139±19) mM) and other structures. The feasibility of time-resolved quantitative 23Na MRI and of combined 1H and quantitative 23Na MRI at 7T in a large FOV under free breathing in ≤47 min is demonstrated, laying the groundwork for an accurate aTSC evaluation of multiple abdominal structures simultaneously.

Translation of abstract (German)

Diese Arbeit etabliert ein Setup und Nachbearbeitungsschritte für die nichtinvasive Bestimmung der scheinbaren Gewebenatriumkonzentration (aTSC) in einem großen Sichtfeld (FOV) des menschlichen Torsos mittels 23Na-MRT bei 7T. Ein Referenzflaschen-Setup für die 23Na Quantifizierung wurde entwickelt und mit T1-, B1+- und aufbauspezifischen simulierten B1--Korrekturen kombiniert. Die korrigierten Phantommessungen zeigten eine maximale Abweichung vom wahren Wert von 3,4% und eine maximale Standardabweichung von 0,3 mM zwischen den Messungen. Für die quantitativen 23Na-MR-Bilder wurde eine Rekonstruktion überlappender Datenteilmengen verwendet, um Veränderungen der renalen aTSC während des Trinkens zu untersuchen. Das Verhältnis von medullärer zu kortikaler aTSC betrug 1,71, 2,08 und 1,43 für die erste Probandin und 1,56, 1,89 und 1,69 für die zweite Probandin vor, kurz nach und lange nach dem Trinken. In einer zweiten Studie wurden eine 23Na-HF-Spule und ein 32-Kanal-1H-pTx-Array verwendet, um eine MR-Bildgebung mit zwei Kernen in der gleichen Position in einem FOV von (400 mm)³ zu ermöglichen. Die mittlere aTSC von drei gesunden Proband*innen wurde in der Leber ((36±6) mM), Milz ((30±7) mM), Gallenblase ((139±19) mM) und weiteren Strukturen bestimmt. Die Durchführbarkeit der zeitaufgelösten 23Na-MRT sowie der kombinierten 1H- und quantitativen 23Na-MRT unter freier Atmung bei 7T in einem großen FOV in ≤47 min wurde gezeigt und damit die Grundlage für eine simultane und genaue aTSC-Bestimmung in mehreren abdominalen Strukturen gelegt.